Конструкция и принцип действия люминесцентных ламп. Схема подключения люминесцентного светильника. Схема подключения люминесцентного светильника с эпра

Люминесцентные лампы - 2-ой в мире по распространенности источник света, а в Стране восходящего солнца они занимают даже 1-ое место, обогнав лампы накаливания. Раз в год в мире делается более 1-го млрд люминесцентных ламп.

1-ые образцы люминесцентных ламп современного типа были показаны американской
компанией General Electric на Глобальной выставке в Нью-Йорке в 1938 году. За 70 лет существования они крепко вошли в нашу жизнь, и на данный момент уже тяжело представить какой-либо большой магазин либо кабинет, в каком не было бы ни 1-го осветительного прибора с люминесцентными лампами.

Внутри люминесцентной трубки помещается небольшое количество жидкой ртути, а затем заполняется газом аргона. Когда электричество проходит через трубу, от клеммной крышки на одном конце до конца на другом конце, она проходит через газ аргона, где он возбуждает атомы ртути, вызывая некоторые из них испарения. Атом ртути поглощает некоторую энергию от проходящих через свободно протекающих электронов; если он поглощает достаточно энергии, один из его собственных электронов перейдет на более высокий уровень энергии.

Но так как атом не может удерживать электрон на этом более высоком энергетическом уровне или орбите навсегда, электрон вскоре опустится на более низкий энергетический уровень, высвободив энергию, которую он первоначально поглотил. Эта энергия выделяется в виде фотона, из которого сделан свет.

Люминесцентная лампа - это обычный разрядный источник света низкого давления , в каком разряд происходит в консистенции паров ртути и инертного газа , в большинстве случаев - аргона. Устройство лампы показано на рис. 1.

Пробирка лампы - это всегда цилиндр 1 из стекла с внешним поперечником 38, 26, 16 либо 12 мм. Цилиндр может быть прямым либо изогнутым в виде кольца, буковкы U либо более сложной фигуры. В торцевые концы цилиндра герметично впаяны стеклянные ножки 2, на которых с внутренней стороны смонтированы электроды 3. Электроды по конструкции подобны биспиральному телу накала ламп накаливания и также делаются из вольфрамовой проволоки. В неких типах ламп электроды изготовлены в виде триспирали, другими словами спирали из биспирали. С внешней стороны электроды подпаяны к штырькам 4 цоколя 5. В прямых и U-образных лампах употребляется только два типа цоколей - G5 и G13 (числа 5 и 13 указывают расстояние меж штырьками в мм).

К сожалению, длина волны, на которой ртуть испускает фотоны в этой ситуации, находится в ультрафиолетовом спектре, и этот ультрафиолетовый свет вскоре поджарит кого-нибудь, на котором свет светит, и не обеспечит видимый свет. Люминесцентные лампочки работают вокруг этой проблемы, используя внутреннюю часть самой стеклянной трубки, покрытую фосфором, химическое вещество, поглощающее ультрафиолетовое излучение и одновременно излучающее свет спектра видимости. Фосфор - это белый, пыльный порошок, который вы видите, если сломаете люминесцентную лампу.

Как и в лампах накаливания, из пробирок люминесцентных ламп воздух кропотливо откачивается через штенгель 6, впаянный в одну из ножек. После откачки объем пробирки заполняется инертным газом 7 и в него вводится ртуть в виде маленький капли 8 (масса ртути в одной лампе обычно около 30 мг ) либо в виде так именуемой амальгамы, другими словами сплава ртути с висмутом, индием и другими металлами.

Что относительно флуоресцентных балластов? Как флуоресцентные лампы работают со своими балластами, чтобы обеспечить равномерное освещение? Без люминесцентного светового балласта ваша флуоресцентная трубка имела бы две проблемы. Прежде всего, не было бы достаточного начального всплеска тока, чтобы возбуждать атомы ртути, достаточные для ионизации некоторых атомов и запуска света. Во-вторых, когда электричество начинает проходить через трубку и начинает испарять атомы ртути, электрическая проводимость трубки увеличивается.

Другими словами, чем больше электричества течет через трубу, тем легче электричество течет через трубу. Это означает, что если бы мы не ограничивали текущий поток =, он скоро достиг бы уровня, опасного для стабильности лампы, или для схемы, к которой подключен свет.

На биспиральные либо триспиральные электроды ламп всегда наносится слой активирующего вещества - это обычно смесь окислов бария, стронция, кальция, время от времени с маленький добавкой тория.

Если к лампе приложено напряжение большее, чем напряжение зажигания, то в ней меж электродами появляется электронный разряд, ток которого непременно ограничивается какими-либо наружными элементами. Хотя пробирка заполнена инертным газом, в ней всегда находятся пары ртути, количество которых определяется температурой самой прохладной точки пробирки. Атомы ртути возбуждаются и ионизируются в разряде еще легче, чем атомы инертного газа, потому и ток через лампу, и ее свечение определяются конкретно ртутью.

Флюоресцентный балласт работает вокруг обеих этих проблем. Ранние балласты и те, что были на некоторых существующих флуоресцентных лампах на 4 фута и восемь футов, были магнитными балластами; они представляют собой громоздкие устройства, которые обеспечивают начальный всплеск тока высокого напряжения для получения шаровой качки, а затем медленно уменьшают ток по мере увеличения проводимости. Современные электронные балласты выполняют одно и то же, но обычно быстрее запускают лампу, с меньшим мерцанием, меньшим шумом и значительно меньшим энергопотреблением, что делает их еще более эффективными, чем более старые механические балластные флуоресцентные лампы.

В ртутных разрядах низкого давления толика видимого излучения не превосходит 2 % от мощности разряда, а световая отдача ртутного разряда - всего 5-7 лм/Вт. Но больше половины мощности, выделяемой в разряде, преобразуется в невидимое уф-излучение с длинами волн 254 и 185 нм. Из физики понятно: чем короче длина волны излучения, тем большей энергией это излучение обладает. При помощи особых веществ, именуемых люминофорами, можно перевоплотить одно излучение в другое, при этом, по закону сохранения энергии, «новое» излучение может быть только «менее энергичным», чем первичное. Потому уф-излучение можно перевоплотить в видимое при помощи люминофоров, а видимое в ультрафиолетовое - нельзя.

Как работает флуоресцентная лампа Люминесцентная лампа - это источник света «газообразного разряда». Свет образуется путем пропускания электрической дуги между вольфрамовыми катодами в трубе, заполненной парами ртути низкого давления и другими газами. Дуга возбуждает пар ртути, который генерирует лучистую энергию, прежде всего в ультрафиолетовом диапазоне. Эта энергия заставляет люминофорное покрытие внутри трубки «флуоресцировать», превращая ультрафиолет в видимый свет. Люминесцентные лампы имеют два электрических требования.

Чтобы запустить лампу, необходим импульс высокого напряжения, чтобы установить дугу в парах ртути. Как только лампа запускается, газ предлагает уменьшающееся количество сопротивления, что означает, что ток должен регулироваться в соответствии с этим падением. В противном случае лампа будет потреблять все больше энергии и быстро сгореть. Именно поэтому люминесцентные лампы и другие источники разрядного света должны управляться балластом, который обеспечивает требуемое начальное напряжение, а затем управляет последующим потоком тока к лампе.

Вся цилиндрическая часть пробирки с внутренней стороны покрыта узким слоем конкретно такового люминофора 9, который и превращает уф-излучение атомов ртути в видимое. В большинстве современных люминесцентных ламп в качестве люминофора употребляется галофосфат кальция с добавками сурьмы и марганца (как молвят спецы, «активированный сурьмой и марганцем»). При облучении такового люминофора уф-излучением он начинает сиять белоснежным светом различных цветов. Диапазон излучения люминофора - сплошной с 2-мя максимумами - около 480 и 580 нм (рис. 2).

Важность фосфорных покрытий Люминесцентные лампы предлагают больше цветов, чем любой другой тип лампы. Это связано с сложными усовершенствованиями состава люминофорного покрытия внутри трубки. Ранние флуоресцентные лампы использовали одно галогенофосфорное покрытие и могли обеспечить улучшенное качество цвета только с уменьшением эффективности. Теперь можно добавить «редкоземельные» или «трифосфорные» покрытия, которые позволяют точно контролировать образование красного, зеленого и синего, трех основных цветов света.

Системный подход Всегда важно помнить, что флуоресцентная система - это система, включающая как балласты, так и лампы. Компактные люминесцентные лампы Экономия энергии Самое быстрое приложение для флуоресцентной технологии сегодня - это компактные люминесцентные лампы. Эти лампы имеют узкую трубку, которая удваивается обратно на себя и заканчивается пластиковым основанием. Компактные люминесцентные лампы достаточно малы для замены ламп накаливания в диффузных источниках и, следовательно, повышают эффективность флуоресцентной технологии на гораздо более широкий ассортимент светильников.

1-ый максимум определяется наличием сурьмы, 2-ой - марганца. Меняя соотношение этих веществ (активаторов), можно получить белоснежный свет различных цветовых цветов - от теплого до дневного. Потому что люминофоры превращают в видимый свет больше половины мощности разряда, то конкретно их свечение определяет светотехнические характеристики ламп.

Эти инновационные лампы могут использоваться для непосредственной замены ламп накаливания во многих наиболее распространенных лампах. Как работает флуоресцентная лампа? Небольшое количество ртути помещается внутри трубки вместе с инертными газами. Когда лампа этой конструкции изготовлена без покрытия люминофором, она производит очень небольшое количество фиолетового света и считается ультрафиолетовой лампой, используемой для бактерицидных и стерилизационных целей. Для людей вредно воздействовать на этот тип лампы.

Каковы различные диаметры ламп и базовые типы?

Однако только 21% этой энергии или 5 Вт преобразуется в свет. Только 23% общей мощности лампы фактически преобразуются в видимый спектр или свет. Обычно на лампах от одной ноги до пяти футов в длину. Обычно на лампах длиной четыре фута длиной восемь футов. Встраиваемая двойная контактная база используется в основном в высокоточных токовых лампах для очень холодных рабочих сред.

В 70-е годы прошлого века начали делать лампы не с одним люминофором, а стремя, имеющими максимумы излучения в голубой, зеленоватой и красноватой областях диапазона (450, 540 и 610 нм). Эти люминофоры были сделаны сначало для кинескопов цветного телевидения, где с помощью их удалось получить полностью применимое проигрывание цветов. Композиция 3-х люминофоров позволила и в лампах достигнуть существенно наилучшей цветопередачи при одновременном увеличении световой отдачи, чем при использовании галофосфата кальция. Но новые люминофоры еще дороже старенькых, потому что в их употребляются соединения редкоземельных частей - европия, церия и тербия. Потому в большинстве люминесцентных ламп как и раньше используются люминофоры на базе галофосфата кальция.

Балласт необходим для использования с газоразрядными лампами, такими как люминесцентные лампы, для обеспечения их необходимыми пусковыми и рабочими электрическими условиями. Как только дуга была поражена, а люминесцентная лампа загорается, электрическое сопротивление становится незначительным, а основная функция балласта - ограничивать ток лампы во время работы.

Балласт будет иметь метку, указывающую конфигурацию проводки и типы ламп, которые должны использоваться вместе с ней. Рекомендуется заменять балласт каждый раз при замене лампы. Это связано с национальными энергетическими проблемами, а также с заботой об окружающей среде.

Электроды в люминесцентных лампах делают функции источников и приемников электронов и ионов, за счет которых и протекает электронный ток через разрядный просвет. Для того чтоб электроны начали перебегать с электродов в разрядный просвет (как молвят, для начала термоэмиссии электронов), электроды должны быть нагреты до температуры 1100 – 1200 0С. При таковой температуре вольфрам сияет очень слабеньким вишневым цветом, испарение его сильно мало. Но для роста количества вылетающих электронов на электроды наносится слой активирующего вещества, которое существенно наименее термостойко, чем вольфрам, и при работе этот слой равномерно распыляется с электродов и оседает на стенах пробирки. Обычно конкретно процесс распыления активирующего покрытия электродов определяет срок службы ламп.

По оценкам, 2 миллиона люминесцентных ламп выбрасываются в мусор каждый день. Электронные балласты заменяют твердотельные схемы для некоторых магнитных компонентов, используемых в обычных балластах. Электронный балласт управляет совместимыми люминесцентными лампами на более высокой частоте, а затем 60 герц для повышения производительности и эффективности.

Всем известно, что одним из самых больших преимуществ является низкое потребление энергии. Он также производит меньше тепла, имеет гораздо более высокую жизнь, чем лампы накаливания или галогенные лампы, и производит приятный свет. Ответ на этот вопрос лежит в технологии.

Для заслуги большей эффективности разряда, другими словами для большего выхода уф-излучения ртути, нужно поддерживать определенную температуру пробирки. Поперечник пробирки выбирается конкретно из этого требования. Во всех лампах обеспечивается приблизительно однообразная плотность тока - величина тока, деленная на площадь сечения пробирки. Потому лампы разной мощности в колбах 1-го поперечника, обычно, работают при равных номинальных токах. Падение напряжения на лампе прямо пропорционально ее длине. А потому что мощность равна произведению тока наальна их д напряжение, то при схожем поперечнике пробирок и мощность ламп прямо пропорционлине. У самых массовых ламп мощностью 36 (40) Вт длина равна 1210 мм, у ламп мощностью 18 (20) Вт - 604 мм.

Стеклянная трубка изогнута, и оба ее конца закреплены на основании, которое удерживает балласт и может входить в стандартные розетки ламп накаливания. Свет без тепла: традиционно свет генерируется нагреванием чего-либо, будь то зажженная свеча или лампа накаливания, что-то нужно нагревать до того момента, когда она излучает свет. В лампе накаливания электричество проходит через нить, которая обычно состоит из вольфрама. Это, в свою очередь, нагревает его до такой степени, когда оно светится и производит свет.

Чтобы предотвратить прогорание нити, вся установка находится в герметичной вакуумной лампе. В лампах накаливания большая часть энергии преобразуется в тепло, а полученный свет является лишь побочным продуктом всего процесса. Поэтому неудивительно, что только от 10 до 12% потребляемой электроэнергии преобразуется в свет, а остальная часть просто теряется в виде тепла. В физическом плане лампа накаливания или галогенная лампа очень плохая, когда дело доходит до эффективности освещения.

Большая длина ламп повсевременно заставляла находить пути ее уменьшения. Обычное уменьшение длины и достижение подходящих мощностей за счет роста тока разряда нерационально, потому что при всем этом возрастает температура пробирки, что приводит к повышению давления паров ртути и понижению световой отдачи ламп. Потому создатели ламп пробовали уменьшить их габариты за счет конфигурации формы - длинноватую цилиндрическую пробирку сгибали напополам (U-об- различные лампы) либо в кольцо (кольцевые лампы). В СССР уже в 50-е годы делали U-образные лампы мощностью 30 Вт в пробирке поперечником 26 мм и мощностью 8 Вт в пробирке поперечником 14 мм.

В люминесцентных лампах свет генерируется с использованием совершенно другого метода без необходимости нагревать что-либо. Он состоит из герметичной трубки с покрытием из флуоресцентного материала на внутренней стороне и электродом на каждом конце. Трубка содержит пары ртути.

Когда напряжение подается на электроды, газ внутри трубки ионизируется, проводит электричество и в процессе генерирует ультрафиолетовый свет. Когда лампа включается, компонент, называемый балластом, создает высокое напряжение между электродами, что необходимо для начальной ионизации газа в трубе. Как только лампа начнет работать, ток и световое излучение могут поддерживаться с использованием гораздо более низкого напряжения. В отличие от ламп накаливания, небольшое количество тепла, создаваемого в люминесцентной лампе, является лишь побочным продуктом, и большая часть энергии преобразуется в свет.

Но кардинально решить делему уменьшения габаритов ламп удалось исключительно в 80-е годы, когда начали использовать люминофоры, допускающие огромные электронные нагрузки, что позволило существенно уменьшить поперечник пробирок. Пробирки стали делать из стеклянных трубок с внешним поперечником 12 мм и неоднократно изгибать их, сокращая тем общую длину ламп. Появились так называемые компактные люминесцентные лампы. По механизму работы и внутреннему устройству малогабаритные лампы не отличаются от обыденных линейных ламп.

Как все это переводится в сбережения? Эффективность лампы измеряется количеством люменов, производимых для каждого потребляемого электричества электроэнергии. Это очень важно для офисов и коммерческих учреждений, которые обычно кондиционируются и ярко освещены большим количеством ламп.

Это приводит к снижению потребления электроэнергии для освещения и охлаждения. Их компактный размер и совместимость с существующими осветительными приборами должны облегчить изменение. При поиске энергосберегающей альтернативы для приложений с регулируемым освещением конечные пользователи имеют множество различных опций. Тем не менее, одним из самых больших источников путаницы является различие между лампами дневного света с люминесцентными лампами с горячим и холодным катодом. Почему они работают по разным схемам?

Посреди 90-х годов на мировом рынке появилось новое поколение люминесцентных ламп, в маркетинговой и технической литературе называемое «серией Т5» (в Германии - Т16). У этих ламп внешний поперечник пробирки уменьшен до 16 мм (либо 5/8 дюйма, отсюда и заглавие Т5). По механизму работы они также не отличаются от обыденных линейных ламп. В конструкцию ламп внесено одно очень принципиальное изменение - люминофор с внутренней стороны покрыт узкой защитной пленкой, прозрачной и для ультрафиолетового, и для видимого излучения. Пленка защищает люминофор от попадания на него частиц ртути, активирующего покрытия и вольфрама с электродов, по этому исключается «отравление» люминофора и обеспечивается высочайшая стабильность светового потока в течение срока службы. Изменены также состав наполняющего газа и конструкция электродов, что сделало неосуществимой работу таких ламп в старенькых схемах включения. Не считая того - в первый раз с 1938 года - изменены длины ламп таким макаром, чтоб размеры осветительных приборов с ними соответствовали размерам стандартных модулей очень престижных на данный момент навесных потолков.

Люминесцентные лампы, в особенности последнего поколения в колбах поперечником 16 мм, существенно превосходят лампы накаливания по световой отдаче и сроку службы. Достигнутые сейчас значения этих характеристик равны 104 лм/Вт и 40000 часов.
Но люминесцентные лампы имеют и огромное количество недочетов, которые следует знать и учесть при выборе источников света:

1. Огромные габариты ламп нередко не позволяют перераспределять световой поток необходимым образом.
2. В отличие от ламп накаливания, световой поток люминесцентных ламп очень находится в зависимости от окружающей температуры (рис. 3).

3. В лампах содержится ртуть - очень ядовитый металл, что делает их экологически небезопасными.
4. Световой поток ламп устанавливается не сходу после включения, а спустя некое время, зависящее от конструкции осветительного прибора, окружающей температуры и самих ламп. У неких типов ламп, в которые ртуть вводится в виде амальгамы, это время может достигать 10-15 минут.
5. Глубина пульсаций светового потока существенно выше, чем у ламп накаливания, в особенности у ламп с редкоземельными люминофорами. Это затрудняет внедрение ламп в почти всех производственных помещениях и, не считая того, негативно сказывается на самочувствии людей, работающих при таком освещении.
6. Как было сказано выше, люминесцентные лампы, как и все газоразрядные приборы, требуют для включения в сеть использования дополнительных устройств.

Люминесцентные светильники давно удерживают первенство в освещении нашего быта, чему способствуют долговечность и экономичность данных устройств. Схем подключения люминесцентного светильника существует много, и у каждой из них есть свои особенности.
Сначала разберемся в принципе работы самой лампы . Длинная стеклянная трубка от нескольких сантиметров до… Если учитывать всевозможные современные спирали и изгибы, я не знаю, какова их может быть конечная длина? Мы все же займемся прямыми трубками, которые ограничивались в недавнем прошлом 80 ваттами, и тех, наверное, уже не существует.
Труба заполнена инертным газом с присутствием капельки ртути. Кстати, из-за ртути и утилизируют использованные люминесцентные лампочки в установленном законом порядке, иначе бы случилась экологическая катастрофа.
Суть работы лампы такова: между двумя электродами, представляющими собой нити накала на концах колбы, надо сделать устойчивый электрический пробой , испаряющий и ионизирующий ртуть. Ионизированные пары ртути создают ультрафиолетовое излучение , воздействующее на люминофор , которым изнутри покрыта колба. В зависимости от состава люминофора свечение может принимать все оттенки радуги.
Наверное, слышали о бактерицидных лампах или о кварцевании ? Так вот в этих светильниках люминофор отсутствует, стекло кварцевое, без препятствий пропускающее ультрафиолетовые лучи, более того, в салонах для загара именно такие светильники и применяются, а ультрафиолет может и раковую опухоль нажить — возьмите на заметку!
Как же создается электрический пробой? Рассмотрим некоторые варианты схем подключения люминесцентного светильника.

схема подключения однолампового люминесцентного светильника

Для начала надо разогреть нити накала, чтоб они могли излучать электроны — это называется электронной эмиссией . Данную функцию выполняет стартер . Его контакты настолько близки друг от друга, что при подаче 220В возникает между ними дуга, разогревающая биметаллическую пластину устройства. Пластина соединяется с рядом стоящим контактом, замыкая цепь накала люминесцентной лампы. Цепочка соединений всех элементов схемы представлена на Рис.1, по-моему, комментировать здесь нечего. О роли конденсаторов читайте ниже.
Чтобы не было короткого замыкания, в цепь подключается пускорегулирующий аппарат — ПРА , ограничивающий пусковой ток. Это катушка индуктивности, намотанная на сердечник из электротехнической стали, отсюда и название «дроссель».
Как только разогретые электроды начинают излучать электроны, напряжение на контактах стартера падает, они разрываются, на дросселе возникает высокое напряжение самоиндукции , способное между электродами создать устойчивый электрический пробой. Люминесцентный светильник зажигается, напряжение на лампочке падает наполовину засчет ПРА, и стартер, выполнив свою функцию, уходит на отдых до следующего этапа зажигания. Его в это время можно даже удалить, все равно светильник будет работать.

схема подключения двухлампового люминесцентного светильника

Смотря какие лампочки подключаете. Если лампы-сороковки, то это простое параллельное подключение: к схеме, указанной чуть выше, добавить еще такую, получим двухламповый люминесцентный светильник. Здесь присутствуют два конденсатора (раньше были, теперь их может и не быть). Маленький конденсатор (С1) уничтожает радиопомехи, большой (С2) — дросселя. Резистор R предназначен для разрядки С2 после выключения. Уберем это усложнение — все равно будет успешное зажигание, что, в общем-то, в современных светильниках и делается.

Другое дело, двадцатки — лампочки мощностью 18Вт (Рис.2 и 3). Их рабочее напряжение всего 60В, тогда как сороковки (36Вт) работают на 108 вольтах, поэтому 18-ваттные часто подключаются к сети 220В парой. Соединяются они последовательно, и у каждой — свой стартер, но балласт общий. Четырехламповые светильники 18Вт — просто два двухламповых в одном. Техника зажигания все та же.
Санитарные нормы не рекомендуют длительное пребывание в местах, освещенных стартерными люминесцентными светильниками, ввиду негативного воздействия мерцающего эффекта на зрение. В качестве альтернативы предлагается

схема подключения люминесцентного светильника с ЭПРА.

ЭПРА — это электронный пускорегулирующий аппарат , представляющий собой своеобразный преобразователь частоты и умножитель напряжения. Высокая частота, на которой работает с этим аппаратом люминесцентная лампа, становится не заметна глазу. Такая схема подключения люминесцентного светильника не только безопасна, но еще и экономичнее, в плане потребления электроэнергии, процентов на 15. Значительная потеря в массе из-за отсутствия электротехнической стали делает светильник более удобным при установке.
Основной упор ЭПРА делает на схему подключения двухлампового люминесцентного светильника, схема вычерчивается на крышке аппарата, поэтому проблемы с подключением сводятся к минимуму.

На моем рисунке фаза сети подается на клемму L, рядом — клемма N, на которую подключается «ноль», а на третий контакт. Все остальное видно на чертеже. Конечно, модификаций ЭПРА много, но не стоит бояться замены одного другим, чертеж на крышке все расставит по своим местам, только если монтаж проводов светильника изменить придется.